KR20200035883A - 컬러 필터 기판 및 컬러 필터층을 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

컬러 필터 기판 및 컬러 필터층을 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20200035883A
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KR1020190118263A
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윤정민
김현규
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엘지디스플레이 주식회사
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    • H10K59/38—Devices specially adapted for multicolour light emission comprising colour filters or colour changing media [CCM]
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Abstract

본 명세서는 컬러 필터 기판 및 컬러 필터층을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 적색 파장대의 빛과 청색 파장대의 빛을 동시에 투과시킬 수 있는 제1 재료를 이용하여, 적색 필터부와 청색 필터부를 한 번의 공정으로 동시에 형성할 수 있으며, 적색 컬러 필터와 청색 컬러 필터의 중심부 두께들의 조절을 통해 적색 컬러 필터에서 적색 파장대의 빛의 투과율 및 청색 컬러 필터에서 청색 파장대의 빛의 투과율을 증대시킬 수 있다.

Description

컬러 필터 기판 및 컬러 필터층을 포함하는 디스플레이 장치{COLOR FILTER SUBSTRATE AND DISPLAY DEVICE HAVING COLOR FILTER LAYER}
본 명세서는 컬러 필터 기판에 관한 것이다.
또한, 본 명세서는 컬러 필터층을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
디스플레이 장치는 데이터를 시각적으로 표시하는 장치이다. 정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 디스플레이 장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정 디스플레이 장치(LCD: liquid crystal display)와, 유기전계 발광소자 디스플레이 장치(OLED: organic light emitting diode display device)가 디스플레이 장치로 주로 이용되고 있다.
액정 디스플레이 장치는 광학적 이방성을 갖는 액정을 이용하여 광의 투과 및 차단을 제어하여 정해진 영상을 표현하는 장치이다. 다만, 액정표시장치의 액정은 스스로 광을 방출할 수 없다. 이에 따라 액정 디스플레이 장치에는 패널에 광을 공급하기 위한 백라이트 유닛이 배치된다.
유기전계 발광소자 디스플레이 장치는 디스플레이 패널 내에 유기전계 발광소자를 포함하는 점에서 자체발광 디스플레이 장치이다. 유기전계 발광소자는 유기 물질을 이용하여 전기 에너지를 빛 에너지로 전환시킨다. 유기전계 발광소자는 일반적으로 애노드와 캐소드의 사이에 유기막이 배치된 구조를 가진다.
컬러 필터 기판은 박막 트랜지스터를 포함하는 기판과 합착되며, 컬러 필터들을 포함한다. 컬러 필터 기판은 액정 디스플레이 장치, 유기전계 발광소자 디스플레이 장치 모두에 포함될 수 있다. 컬러 필터는 광원에서 나오는 빛에서, 예를 들어, 적색 파장대의 빛, 녹색 파장대의 빛, 청색 파장대의 빛 중 어느 하나를 투과시키고 그 이외의 다른 파장의 빛을 흡수하여 디스플레이 장치가 적색, 녹색, 청색을 구현할 수 있게 한다.
보다 구체적으로, 컬러 필터는 적색 필터부, 청색 필터부 및 녹색 필터부를 포함한다. 적색 필터부는 적색 파장대의 빛을 투과시키고 청색 파장대 및 녹색 파장대의 빛을 흡수한다. 청색 필터부는 청색 파장대의 빛을 투과시키고 녹색 파장대 및 적색 파장대의 빛을 흡수한다. 녹색 필터부는 녹색 파장대의 빛을 투과시키고 청색 파장대 및 적색 파장대의 빛을 흡수한다.
적색 필터부, 청색 필터부 및 녹색 필터부 각각은 상이한 재질이다. 이로 인해, 컬러 필터를 포함하는 기판을 제조하기 위해서는 적색 컬러 필터를 형성하는 과정, 청색 컬러 필터를 형성하는 과정 및 녹색 컬러 필터를 형성하는 과정이 모두 포함되어야 한다.
본 명세서는 공정 수를 저감하는 동시에 고색재현 및 고휘도를 구현할 수 있는 컬러 필터 기판을 제공하는 것을 과제로 한다.
또한 본 명세서는 컬러 필터층을 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 명세서의 해결 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 컬러 필터 기판은, 기판, 적색 필터부, 녹색 필터부 및 적색 필터부를 포함한다. 적색 필터부는 상기 기판의 제1 영역에 배치되며, 적색 파장대의 빛과 상기 청색 파장대의 빛을 투과시키고 녹색 파장대의 빛을 흡수하는 제1 재료를 포함한다. 녹색 필터부는 상기 기판의 제2 영역에 배치되며, 적색 파장대의 빛과 청색 파장대의 빛을 흡수하고 녹색 파장대의 빛을 투과시키는 제2 재료를 포함한다. 청색 필터부는 상기 기판의 제3 영역에 배치되며, 상기 제1 재료를 포함하는 청색 필터부를 포함한다.
청색 파장대의 빛과 녹색 파장대의 빛을 투과시킬 수 있는 제1 재료를 적색 필터부와 청색 필터부에 포함시킴으로써, 적색 필터부와 청색 필터부가 동시에 형성될 수 있으며, 공정 수를 저감할 수 있다.
상기 제1 재료는 퀴나크리돈, 디피로메텐 및 크산텐과 이들의 유도체 중에서 어느 하나 또는 2종 이상을 포함할 수 있다. 발명자들은 많은 연구 끝에 이들 재료들이 녹색 파장대의 빛은 흡수하면서 청색 파장대의 빛과 적색 파장대의 빛을 공통적으로 투과시킬 수 있으며, 청색 파장대의 빛을 흡수하는 것을 발견하였으며, 이를 디스플레이 장치용 컬러 필터로 응용하였다.
예를 들어, 상기 적색 필터부의 중심부 두께는 1.4 ㎛ 내지 2.4 ㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 청색 필터부의 중심부 두께는 1.4 ㎛ 내지 2.4 ㎛의 범위 내일 수 있다.
한편, 상기 적색 필터부의 중심부 두께와 상기 청색 필터부의 중심부 두께가 서로 상이할 수 있다. 구체적으로는, 상기 적색 필터부의 중심부 두께가 상기 청색 필터부의 중심부 두께보다 더 두꺼울 수 있다. 적색 필터부의 중심부 두께와 청색 필터부의 중심부 두께를 상이하게 함으로써, 적색 필터부에서 적색 파장대의 빛을 더 잘 투과시키도록 적색 파장대의 빛의 투과율을 조절할 수 있으며, 또한 청색 필터부에서의 청색 파장대의 빛을 더 잘 투과시키도록 청색 파장대의 빛의 투과율을 조절할 수 있다.
한편, 상기 녹색 필터부의 두께는 상기 적색 필터부 및/또는 상기 청색 필터부의 두께와 같거나 그보다 더 두꺼울 수 있다. 예를 들어, 상기 녹색 필터부의 두께는 2.0 ㎛ 내지 2.6 ㎛의 범위 내일 수 있다.
또한, 상기 적색 컬러 필터부와 녹색 컬러 필터부가 부분적으로 중첩되거나, 상기 녹색 컬러 필터부와 상기 청색 컬러 필터부가 부분적으로 중첩되어 있을 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 디스플레이 장치는 적어도 하나의 픽셀을 포함하는 어레이 기판과, 상기 어레이 기판 상에 배치되는 컬러 필터층을 포함한다.
상기 어레이 기판에 구현되는 각각의 픽셀은 적색 파장대의 빛을 제공하는 적색 화소부, 녹색 파장대의 빛을 제공하는 녹색 화소부 및 청색 파장대의 빛을 제공하는 청색 화소부를 포함한다. 적색 화소부, 녹색 화소부 및 청색 화소부 각각에는 박막 트랜지스터가 배치된다.
상기 컬러 필터층은 적색 필터부, 녹색 필터부 및 청색 필터부를 포함한다. 적색 필터부 및 청색 필터부는 적색 파장대의 빛과 청색 파장대의 빛을 동시에 투과시키고 녹색 파장대의 빛을 흡수할 수 있는 전술한 제1 재료를 포함하고, 녹색 필터부는 녹색 파장대의 빛을 투과시키고 적색 파장대 및 청색 파장대의 빛을 흡수할 수 있는 제2 재료를 포함한다.
상기 적색 화소부에는 유기물을 포함하는 적색 발광부가 배치되어 있고, 상기 녹색 화소부에는 유기물을 포함하는 녹색 발광부가 배치되어 있고, 상기 청색 화소부에는 유기물을 포함하는 청색 발광부가 배치되어 있을 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 명세서에 따른 컬러 필터 기판 및 컬러 필터층을 포함하는 디스플레이 장치는 적어도 다음과 같은 효과를 발휘할 수 있다.
종래에는 각 컬러 필터부마다 별도로 패턴화 공정이 이루어졌으며, 이에, 각 컬러 필터부 마다 패터닝을 위한 마스크가 요구되었다. 본 명세서에 따른 컬러 필터 기판 및 컬러 필터층을 포함하는 디스플레이 장치는 적색 파장대의 빛과 청색 파장대의 빛을 동시에 투과시킬 수 있는 제1 재료를 이용하여, 적색 필터부와 청색 필터부를 한 번의 공정으로 동시에 형성할 수 있다. 따라서 본 명세서에 따른 컬러 필터 기판 및 컬러 필터층을 포함하는 디스플레이 장치는 종래에 비해, 공정 수 및 마스크의 개수를 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 적색 필터부와 청색 필터부 각각의 중심부 두께를 상이하게 조절함으로써 적색 필터부에서의 적색 파장대의 빛의 투과율과 청색 필터부에서의 청색 파장대의 빛의 투과율을 조절할 수 있다. 바람직하게는 적색 필터부의 중심부 두께를 청색 필터부의 중심부 두께보다 두껍게 함으로써, 적색 필터부에서 적색 파장대의 빛의 투과율을 최대한 높일 수 있으며, 청색 필터부에서 청색 파장대의 빛의 투과율을 최대한 높일 수 있다.
본 명세서에 따른 컬러 필터 기판 및 컬러 필터층을 포함하는 디스플레이 장치의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2a는 도 1의 I-I' 단면의 예를 나타내는 도면이다.
도 2b는 도 2a의 컬러 필터 기판의 예를 나타내는 도면이다.
도 2c는 도 2a의 컬러 필터 기판의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 3a는 도 1의 I-I' 단면의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 3b는 도 3a의 컬러 필터 기판의 예를 나타내는 도면이다.
도 4a 도 1의 I-I' 단면의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 4b는 도 4a의 컬러 필터 기판의 예를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 5b는 컬러 필터 기판 또는 컬러 필터층을 형성하는 과정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5c는 컬러 필터 기판 또는 컬러 필터층을 형성하는데 이용되는 하프톤 마스크의 예를 나타낸 것이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 명세서의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 명세서를 설명함에 있어서 본 명세서와 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 명세서의 몇몇 실시예에 따른 컬러 필터 기판과, 컬러 필터 기판 또는 컬러 필터층을 포함하는 디스플레이 장치를 설명하도록 한다.
도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 디스플레이 장치(1000)의 평면도이다. 도 2a는 도 1의 I-I' 단면의 예를 나타낸 것으로, 구체적으로는 OLED 디스플레이 장치의 단면의 예를 나타낸 것이다.
디스플레이 장치(1000)는 각 화소가 매트릭스 형태로 배열된 표시영역과 표시영역의 주변에 배치된 비표시 영역을 포함한다. 표시영역은 디스플레이 장치(1000)에서 생성된 이미지 또는 정보를 시청자가 시인할 수 있는 영역이다. 반면, 비표시 영역은, 디스플레이 장치(1000)에서 생성된 이미지 또는 정보를 시청자가 시인할 수 없는 영역으로, 일반적으로 베젤 영역으로 불리기도 한다.
디스플레이 장치는 어레이 기판과, 상기 어레이 기판 상에 배치되는 컬러 필터층을 포함한다.
어레이 기판은 하나 이상의 화소를 포함한다. 도 1은 디스플레이 장치(1000)에 구비된 복수 개의 화소 중, 하나의 화소를 도시한 것이다.
각각의 화소는 부화소들로 구획될 수 있으며, 부화소들은, 제1 부화소, 제2 부화소, 제3 부화소로 구분될 수 있다. 예를 들어, 제1 부화소는 적색 화소부(RE), 제2 부화소는 녹색 화소부(GE), 제3 부화소는 청색 화소부(BE)일 수 있다. 각각의 부화소는 서로 교차하는 방향으로 배치되는 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)에 의해 정의되며, 각각의 부화소에는 박막 트랜지스터가 배치된다.
하부 기판(111) 상에는 박막트랜지스터(도 1의 T, 도 2a의 210)들이 형성된다. 박막트랜지스터(210)들 각각은 반도체층(211), 게이트 전극(212), 소오스 전극(215) 및 드레인 전극(214)을 포함한다. 도 2에는 박막트랜지스터 (210)들이 게이트 전극(212)이 반도체층(211)의 상부에 위치하는 상부 게이트(탑 게이트, top gate) 방식으로 형성된 것이 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 박막트랜지스터(210)들은 게이트 전극(212)이 반도체층(211)의 하부에 위치하는 하부 게이트(보텀 게이트, bottom gate) 방식 또는 게이트 전극(212)이 반도체층(211)의 상부와 하부에 모두 위치하는 더블 게이트(double gate) 방식으로 형성될 수도 있다.
하부 기판(111) 상에는 반도체층(211)들이 형성된다. 하부 기판(111)과 반도체층(211)들 사이에는 반도체층(211)들을 보호하고 반도체층(211)들의 계면 접착력을 높이기 위한 버퍼막(미도시)이 형성될 수 있다. 버퍼막(미도시)은 복수의 무기막들을 포함할 수 있다. 반도체층(211)들 상에는 층간 절연막(220)이 형성될 수 있다. 층간 절연막(220)상에는 게이트 전극(212)들이 형성될 수 있다.
게이트 전극(212)들 상에는 게이트 절연막(230)이 형성될 수 있다. 게이트 절연막(230) 상에는 소오스 전극(215)들 및 드레인 전극(214)들이 형성될 수 있다. 소오스 전극(215)들 및 드레인 전극(214)들 각각은 층간 절연막(220)과 게이트 절연막(230)을 관통하는 콘택홀을 통해 반도체층(211)에 접속될 수 있다.
소오스 전극(215)들 및 드레인 전극(214)들 상에는 평탄화막(240)이 형성될 수 있다. 평탄화막(240)은 뱅크(255)들에 의해 구획되는 화소들을 평탄하게 배열하기 위한 막이다. 평탄화막(240)은 포토 아크릴(photo acryl) 및 폴 리이미드(polyimide)와 같은 레진(resin)으로 형성될 수 있다.
평탄화막(240) 상에는 유기발광소자들이 형성된다. 유기발광소자들 각각은 애노드 전극(251), 유기막(253), 및 캐소드 전극(254)를 포함하며, 뱅크(255)에 의해 구획된다.
도 2a는 디스플레이 장치 중에서도 OLED 디스플레이 장치의 단면의 예를 나타낸 것이다. 도 2a를 참조하면, 평탄화막(240) 상에는 애노드 전극(251)들이 형성된다. 애노드 전극(251)들 각각은 평탄화막(240)을 관통하는 콘택홀을 통해 드레인 전극(214)에 접속된다. 뱅크(255)는 애노드 전극(251)들을 구획한다. 뱅크(255)는 애노드 전극(251)들 각각의 가장자리를 덮도록 형성된다.
애노드 전극(251)들과 뱅크(255)들 상에는 유기막(253)이 형성된다. 유기막(253)은 정공 수송층(hole transporting layer), 발광층(light emitting layer), 및 전자 수송층(electron transporting layer)을 포함할 수 있다. 이 경우, 애노드 전극(251)과 캐소드 전극(254)에 전압이 인가되면 정공과 전자가 각각 정공 수송층과 전자 수송층을 통해 발광층으로 이동하게 되며, 발광층에서 서로 결합하여 발광하게 된다.
발광층은 적색 파장대의 빛을 발광하는 적색 발광부, 녹색 파장대의 빛을 발광하는 녹색 발광부, 청색 파장대의 빛을 발광하는 청색 발광부를 포함한다. 적색 발광부는 적색 화소부(RE)들에만 형성될 수 있고, 녹색 발광부는 녹색 화소부(GE)들에만 형성될 수 있으며, 청색 발광부는 청색 화소부(BE)들에만 형성될 수 있다.
캐소드 전극(254)은 유기막(253)들과 뱅크(255)들을 덮도록 유기막(253)들과 뱅크(255)들 상에 형성된다.
디스플레이 장치(1000)는 상부 발광(top emission) 방식으로 구현될 수 있다. 상부 발광 방식에서는 유기막(253)에서 출사된 빛이 상부 기판(112) 방향으로 발광하므로, 박막트랜지스터(210)들이 뱅크(255)와 애노드 전극(251) 아래에 넓게 마련될 수 있다. 즉, 상부 발광 방식은 하부 발광(bottom emssion) 방식에 비해 박막트랜지스터(210)들의 설계 영역이 넓다는 장점이 있다.
또한, 상부 발광 방식에서는 마이크로 캐비티(micro cavity) 효과를 얻기 위해 애노드 전극(251)들이 알루미늄, 및 알루미늄과 ITO의 적층 구조와 같은 반사율이 높은 금속물질로 형성되는 것이 바람직하다. 나아가, 상부 발광 방식에서는 유기막(253)에서 출사된 빛이 상부 기판(112) 방향으로 발광하므로, 캐소드 전극(150)은 빛을 투과시킬 수 있는 ITO, IZO와 같은 투명한 금속물질로 형성되거나, 또는 마그네슘(Mg), 은(Ag), 또는 마그네슘(Mg)과 은(Ag)과 같은 반투명 금속물질로 형성될 수 있다.
캐소드 전극(254) 상에는 봉지막(260)이 형성된다. 봉지막(260)은 유기막(253)에 산소 또는 수분이 침투되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이를 위해, 봉지막(260)은 제1 무기재료막(261), 유기재료막(262) 및 제2 무기재료막(263)을 포함할 수 있다.
제1 무기재료막(261)은 캐소드 전극(254)을 덮도록 캐소드 전극(254) 상에 형성된다. 유기재료막(262)은 이물들(particles)이 제1 무기재료막(261)을 뚫고 유기재료막(253)과 캐소드 전극(254)에 투입되는 것을 방지하기 위해 제1 무기재료막(261) 상에 형성된다. 제2 무기재료막(263)은 유기재료막(262)을 덮도록 유기재료막(262) 상에 형성된다.
제1 및 제2 무기재료막들(261, 263) 각각은 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 지르코늄 질화물, 티타늄 질화물, 하프늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물 또는 티타늄 산화물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 무기재료막들(261, 263) 각각은 SiO2, Al2O3, SiON, SiNx으로 형성될 수 있다. 유기재료막(262)은 유기막(253)으로부터 발광된 빛을 통과시키기 위해 투명하게 형성될 수 있다.
이상에서는 OLED 디스플레이 장치에 대하여 설명하였으나, 본 명세서는 이에 한정되지 않는다. 본 명세서에 따른 디스플레이 장치는 예를 들어, LCD 장치에 관한 것일 수 있다. 이 경우, 애노드 전극, 캐소드 전극 및 유기막 등 OLED에 관한 구성이 제외되고, 대신 적색 광원, 녹색 광원 및 청색 광원을 각각 포함하는 백라이트 유닛 및 액정 등 LCD 장치에 필요한 요소들이 포함된다. 다른 예로, 본 명세서에 따른 디스플레이 장치는 조명 장치가 될 수 있다.
상부 기판(112) 상에는 컬러 필터층(310)이 배치된다. 컬러 필터층은 별도의 기판 상에 형성되어 어레이 기판에 합착되거나, 어레이 기판의 봉지층 등의 상부에 직접 형성될 수 있다. 이하에서는 컬러 필터층(310)이 상부 기판(112) 상에 형성되어 어레이 기판에 합착되는 예를 위주로 설명한다. 한편, 컬러 필터층(310)이 어레이 기판 상에 직접 형성되는 경우, 봉지층(260)이 컬러 필터층이 형성되는 기판의 역할을 한다.
도 2a를 참조하면, 컬러 필터층(310)은 상부 기판(112)와 투명 접착층(400)의 사이에 배치된다. 도 2b에 컬러 필터 기판만을 나타내었다. 컬러 필터 기판은 상부 기판(112)와, 상부 기판 상에 배치된 컬러 필터층(310)을 포함한다. 컬러 필터층(310)은 적색 필터부(311), 녹색 필터부(312) 및 청색 필터부(313)를 포함한다. 적색 필터부(311)는 적색 화소부(RE) 상에 배치된다. 녹색 필터부(312)는 녹색 화소부(GE) 상에 배치된다. 청색 필터부(313)는 청색 화소부(BE) 상에 배치된다.
적색 필터부(311) 및 청색 필터부(313)는 모두 제1 재료를 포함하며, 녹색 필터부(312)는 제2 재료를 포함한다.
제1 재료는 적색 파장대의 빛과 청색 파장대의 빛을 모두 투과시키고, 녹색 파장대의 빛을 흡수할 수 있다. 제2 재료는 제1 재료와 상이하며, 적색 파장대의 빛과 청색 파장대의 빛을 흡수하고, 녹색 파장대의 빛을 투과시킬 수 있다. 제2 재료는 기존에 녹색 필터부(312)에 사용되었던 녹색 색소로, 예를 들어, C.I. 피그먼트 그린 7 또는 C.I. 피그먼트 그린 PG36 등의 프탈로시아닌계 화합물일 수 있다.
제1 재료는 적색 파장대의 빛과 청색 파장대의 빛을 모두 투과시키고, 녹색 파장대의 빛을 흡수할 수 있는 신규 물질이다. 적색 필터부(311)와 청색 필터부(313)는 모두 색소로서 제1 재료를 포함하는 신규 컬러 필터부이다.
제1 재료는 구체적으로, 하기의 화학식으로 표현되는 (A) 퀴나크리돈(Quinacridone), (B) 디피로메텐(Dipyrromethene) 및 (C) 크산텐(Xanthene) 중 어느 하나 또는 2종 이상이거나 또는 이들의 유도체이다.
Figure pat00001
도 2c는 컬러 필터 기판의 다른 예로, 도 2c에 따르면, 적색 컬러 필터부(311)과 녹색 컬러 필터부(312)가 부분적으로 중첩될 수 있고, 녹색 컬러 필터부(312)와 청색 컬러 필터부(312)이 부분적으로 중첩될 수 있다. 컬러 필터부들이 중첩되는 부분은 박막 트랜지스터가 형성되는 부분에 대응할 수 있다.
각각의 필터부(311, 312, 313)은 다음과 같은 과정으로 제조될 수 있다. 녹색 필터부(312)는 녹색 파장대의 빛 만을 투과시키며, 적색 파장대의 빛과 청색 파장대의 빛을 흡수하는 제2 재료를 포함하는 녹색 필터용 조성물을 상부 기판(112) 상에 도포 및 건조하여 막을 형성한 후, 형성된 막을 포토리소그래피 등을 이용하여 패터닝하는 것에 의해 얻어질 수 있다.
녹색 필터부(312) 형성 후, 적색 필터부(311) 및 청색 필터부(313)가 동시에 형성될 수 있다. 적색 필터부(311) 및 청색 필터부(313)는 적색 파장대의 빛 및 청색 파장대의 빛을 투과시키며, 녹색 파장대의 빛을 흡수하는 제1 재료를 포함하는 적색/청색 필터용 조성물을 상부 기판(112) 상에 도포 및 건조하고, 형성된 막을 포토리소그래피 공정으로 패터닝하는 것에 의해 얻어질 수 있다.
녹색 필터용 조성물 및 적색/청색 필터용 조성물은 예를 들어 바인더 수지 20~50중량%, 아크릴화합물 10~30중량%, 색소(제1 재료 또는 제2 재료) 2~10중량%, 계면활성제 0.1~3 중량%, 개시제 0.5~3중량%, 및 나머지 용제를 포함할 수 있으며, 그 외 각종 첨가제가 포함될 수 있다.
종래에는 각 필터부들(311, 312, 313) 별로 패턴화 공정이 이루어졌기 때문에, 적색 필터부(311)의 패터닝을 위한 하나의 마스크, 녹색 필터부(312)의 패터닝을 위한 다른 하나의 마스크, 청색 필터부(313)의 패터닝을 위한 또 다른 하나의 마스크가 필요했고, 각 컬러 필터부 별로 패터닝 공정이 요구되었다. 이에 반해, 본 명세서에 의하면, 적색 필터부와 청색 필터부를 동시에 형성할 수 있기 때문에 종래에 비해 공정 수를 저감할 수 있다.
한편, 상기 적색 필터부의 중심부 두께는 대략 1.4 ㎛ 내지 2.4 ㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 청색 필터부의 중심부 두께는 대략 1.4 ㎛ 내지 2.4 ㎛의 범위 내일 수 있다. 상기 녹색 필터부의 두께는 대략 2.0 ㎛ 내지 2.6 ㎛의 범위 내일 수 있다.
적색 필터부(311)와 청색 필터부(313)는 동일한 중심부 두께를 가질 수 있다. 다른 예로, 적색 필터부(311)와 청색 필터부(313)는 상이한 중심부 두께를 가질 수 있다. 또한, 적색 필터부(311), 녹색 필터부(312) 및 청색 필터부(312)는 모두 동일한 중심부 두께를 가질 수 있다. 다른 예로, 적색 필터부(311), 녹색 필터부(312) 및 청색 필터부(312) 중 적어도 2개는 상이한 중심부 두께를 가질 수 있다.
한편, 포토리소그래피 공정에 이용되는 마스크를 하프톤 마스크를 적용하면, 마스크의 개구 영역에 대응하는 부분에서는 상대적으로 두꺼운 패턴이 얻어지고, 마스크의 하프톤 영역에 대응하는 부분에서는 상대적으로 얇은 패턴이 얻어질 수 있다. 예를 들어, 특정 제1 재료를 포함하는 적색 필터부(311)의 경우 중심부 두께가 1.6㎛일 때 적색 파장대의 빛의 투과율이 가장 우수하고, 상기 제1 재료를 포함하는 청색 필터부(313)의 경우 중심부 두께가 1.4㎛일 때 청색 파장대의 빛의 투과율이 가장 우수하다면, 적색 필터부(311)가 마스크의 개구 영역에 대응하도록 하고, 청색 필터부(313)가 마스크의 하프톤 영역에 대응하도록 함으로써, 적색 필터부(311)의 중심부 두께가 청색 필터부(311)의 중심부 두께보다 더 크게 할 수 있다. 이를 통해, 적색 필터부(311)와 청색 필터부(313)의 두께를 상이하게 함으로써 적색 필터부(311)에서 적색 파장대의 빛에 대한 투과율을 보다 높이고, 청색 필터부(313)에서 청색 파장대의 빛에 대한 투과율을 보다 높일 수 있다. 일 예로, 적색 필터부의 중심부 두께가 청색 필터부의 중심부 두께보다 더 클 수 있다.
하부 기판(111)으로부터 얻어진 어레이 기판과 상부 기판(112)으로부터 얻어진 컬러 필터 기판은 투명 접착층(400)에 의해 합착된다. 투명 접착층(400)은 투명한 접착 레진(resin)일 수 있다. 구체적으로, 투명 접착층(400)은 하부 기판(111)의 제2 무기막(173)과 상부 기판(112)을 접착한다.
뱅크(255)는 흑색 색소를 포함하여 구성될 수 있고, 이 경우, 블랙 매트릭스의 역할을 할 수 있다.
도 3a는 도 1의 I-I' 단면의 다른 예를 나타내는 디스플레이 장치(1100)이고, 도 3b는 도 3a의 컬러 필터 기판을 나타낸 것이다. 도 3a에 도시된 디스플레이 장치(1100)는 상부 기판(112) 상에 블랙 매트릭스(BM)들이 더 배치되어 있는 점에서 도 2a에 도시된 예와 차이가 있다. 블랙 매트릭스(BM)들은 컬러 필터부(311, 312, 313)을 구획할 수 있다.
도 4a는 도 1의 I-I' 단면의 또 다른 예를 나타내는 디스플레이 장치(1200)이고, 도 4b는 도 4a의 컬러 필터 기판을 나타낸 것이다. 도 4a에 도시된 디스플레이 장치(1200)는 적색 컬러 필터부(311)의 중심부 두께가 청색 컬러 필터부(313)의 중심부 두께보다 더 두껍다. 또한, 녹색 필터부(312)의 두께가 적색 필터부(311) 및 청색 필터부(313)의 두께에 비해 더 두껍다.
또한, 도 4a 및 도 4b에 도시된 컬러 필터 기판은 상부 기판(112) 상에 블랙 매트릭스(BM)들이 더 배치되어 있는 점에서 도 2a에 도시된 디스플레이 장치(1000)와 차이가 있다. 블랙 매트릭스(BM)들은 각 컬러 필터부(311, 312, 313)을 구획할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 명세서에 따른 컬러 필터 기판을 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
먼저 도 5a에 도시된 예와 같이, 녹색 파장대의 빛 만을 투과시키며, 적색 파장대의 빛과 청색 파장대의 빛을 흡수하는 제2 재료를 포함하는 녹색 필터용 조성물을 상부 기판(112)(혹은 어레이 기판의 봉지층) 상에 도포 및 건조하여 막을 형성한 후, 형성된 막을 포토리소그래피 등을 이용하여 패터닝하여 중심부 두께(TG)를 갖는 녹색 필터부(312)를 제조한다. 포토리소그래피에 이용되는 마스크(800)는 차광 영역(801)과 투과 영역(802)으로 이루어질 수 있다. 차광 영역(801)은 적색/청색 필터부(311, 313)에 대응하는 영역일 수 있고, 투과 영역(802)은 녹색 필터부(312)에 대응하는 영역일 수 있다. 제2 재료는 예를 들어, C.I. 피그먼트 그린 7 또는 C.I. 피그먼트 그린 PG36 등의 프탈로시아닌계 화합물일 수 있다. 녹색 필터용 조성물은 예를 들어 바인더 수지 20~50중량%, 아크릴화합물 10~30중량%, 색소(제2 재료) 2~10중량%, 계면활성제 0.1~3 중량%, 개시제 0.5~3중량%, 및 나머지 용제를 포함할 수 있으며, 그 외 각종 첨가제가 추가로 포함될 수 있다.
녹색 필터부(312) 형성 후, 도 5b에 도시된 예와 같이 적색 필터부(311) 및 청색 필터부(313)가 동시에 형성될 수 있다. 구체적으로는 적색 필터부(311) 및 청색 필터부(313)는 적색 파장대의 빛 및 청색 파장대의 빛을 투과시키며, 녹색 파장대의 빛을 흡수하는 제1 재료를 포함하는 적색/청색 필터용 조성물을 상부 기판(112) 상에 도포 및 건조하고, 형성된 막을 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 중심부 두께(TR)를 갖는 적색 필터부(311) 및 중심부 두께(TG)를 갖는 청색 필터부(313)를 제조한다. 적색/청색 필터용 조성물은 예를 들어 바인더 수지 20~50중량%, 아크릴화합물 10~30중량%, 색소(제1 재료) 2~10중량%, 계면활성제 0.1~3 중량%, 개시제 0.5~3중량%, 및 나머지 용제를 포함할 수 있으며, 그 외 각종 첨가제가 포함될 수 있다. 적색 필터부 및 청색 필터부를 형성하기 위해, 포토리소그래피 공정에 이용되는 마스크(800)는 차광 영역(801)과 투과 영역(802)로만 이루어지는 마스크가 될 수 있으나, 녹색 필터부(312)에 대응하는 차광 영역(801)와 적색 필터부(311)에 대응하는 투과 영역(802) 및 청색 필터부(313)에 대응하는 반투과 영역(803)을 포함하는 하프톤 마스크를 이용하는 것이 공정수 감소와 더불어 필터부들(311, 313)의 두께 조절 측면에서 보다 바람직하다.
이상에서는 녹색 필터부를 먼저 형성한 후, 적색 필터부 및 청색 필터부를 형성하는 방법을 나타내었으나, 적색 필터부 및 청색 필터부를 먼저 형성한 후 녹색 필터부를 형성하는 방법도 가능하다.
도 5c는 컬러 필터 기판에 이용될 수 있는 하프톤 마스크의 예를 나타낸 것이다.
도 5c를 참조하면, 하프톤 마스크는 쿼츠 등의 재질의 기판(810)과, 차광 영역을 형성하기 위한 Cr 등의 재질의 차광 패턴(820)과, 반투과 영역을 형성하기 위해 투과 영역의 일부에 형성되는 금속산화물, 금속-실리콘 등의 재질의 반투과 패턴(830)을 포함한다.
본 명세서에 따른 컬러 필터 기판 또는 컬러 필터층은 적색 파장대의 빛과 청색 파장대의 빛을 동시에 투과시킬 수 있는 제1 재료를 이용하여, 적색 필터부(311)와 청색 필터부(313)를 한 번의 공정으로 동시에 형성할 수 있다. 따라서, 각 필터부들(311, 312, 313)의 형성을 위한 공정 수 및 마스크의 개수를 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
표 1에는 적색 필터부(311), 녹색 필터부(312) 및 청색 필터부(313)의 두께 변화에 따른 실시예들과 비교예들의 색재현율 및 휘도의 변화가 정리되어 있다. 표 2에는 색 필터부들의 두께 변화에 따른 적색 필터부의 휘도가 정리되어 있고, 표 3에는 색 필터부들의 두께 변화에 따른 녹색 필터부의 휘도가 정리되어 있으며, 표 4에는 색 필터부들의 두께 변화에 따른 청색 필터부의 휘도가 정리되어 있다.
표 1 내지 표 4에서, DCI 중첩비 및 BT.2020 중첩비는 각각 색재현율에 관한 것이다. DCI 중첩비는 디지털 영화 기술 및 품질 관리 규격을 의미하고, BT.2020 중첩비는 국제 전기통신연합(ITU)에서 제정한 UHD(4K) 색 규격을 의미한다. DCI 중첩비 및 BT.2020 중첩비가 100%에 가까울수록 많은 색을 표현할 수 있다고 볼 수 있다. 또한, Rx, Ry는 적색 필터부에서의 색도좌표값, Gx, Gy는 녹색 필터부에서의 색도좌표값, Bx, By는 청색 필터부에서의 색도좌표값을 나타낸다.
표 1 내지 4에서, 비교예 1은 상용의 적색, 녹색 및 청색 필터용 조성물을 이용하여 각 필터부 별로 패턴화 공정이 이루어지는 기존 구조에 관한 것으로, 적색 필터부, 녹색 필터부 및 청색 필터부 각각의 중심부 두께가 2.4 ㎛ 이다. 실시예 1~8의 경우, 녹색 필터부의 경우 비교예 1과 동일한 녹색 필터용 조성물을 이용하였다.
실시예 1~8에 이용된 제1 재료를 포함하는 적색/청색 필터용 조용물은 다음과 같다.
제1 재료로서 크산텐 5중량%,
바인더 수지로서 벤질메타아크릴레이트, 메타아크릴레이트, 메타아크릴산(중량비로 5:3:2) 공중합체 35중량%,
디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트(KAYARAD DPHA) 18중량%,
계면활성제로서 F-554 (DIC) 0.68중량%,
개시제로서 OXE-01(BASF) 1중량%,
용제로서 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 40.32중량%
[표 1]
Figure pat00002
[표 2]
Figure pat00003
[표 3]
Figure pat00004
[표 4]
Figure pat00005
표 1 내지 표 4를 참조하면, 신규한 제1 재료를 적용한 실시예 1~8의 경우, 적색 및 청색 모두에 대하여 우수한 투과 특성을 나타내었으며, 비교예 1에 비해 DCI 중첩비 및 BT.2020 중첩비가 거의 동등하거나 또는 향상된 결과를 나타내었다.
또한, 표 2 내지 표 4를 참조하면, 하프톤 마스크를 이용하여 적색 필터부와 청색 필터부의 두께를 상이하게 한, 보다 구체적으로는 적색 필터부의 두께를 청색 필터부의 두께보다 두껍게 한 실시예 5~8의 경우 우수한 색재현율과 함께 적색, 청색 휘도 역시 우수한 것을 볼 수 있다. 다만, 녹색 필터부의 두께가 두꺼워짐에 따라 녹색 휘도 특성이 약간 저하되는 바, 색재현율 및 적색, 녹색 및 청색 휘도가 모두 우수한 실시예 5의 경우가 가장 바람직하다고 볼 수 있다.
본 명세서에 따른 컬러 필터 기판 및 컬러 필터층을 포함하는 디스플레이 장치는 다음과 같은 특징을 갖는다.
본 명세서에 따른 컬러 필터 기판은 기판; 상기 기판의 제1 영역에 배치되며, 적색 파장대의 빛과 상기 청색 파장대의 빛을 투과시키고 녹색 파장대의 빛을 흡수하는 제1 재료를 포함하는 적색 필터부; 상기 기판의 제2 영역에 배치되며, 적색 파장대의 빛과 청색 파장대의 빛을 흡수하고 녹색 파장대의 빛을 투과시키는 제2 재료를 포함하는 녹색 필터부; 및 상기 기판의 제3 영역에 배치되며, 상기 제1 재료를 포함하는 청색 필터부를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 상기 제1 재료는 퀴나크리돈, 디피로메텐 및 크산텐과 이들의 유도체 중에서 어느 하나 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 상기 적색 필터부의 중심부 두께와 상기 청색 필터부의 중심부 두께가 상이할 수 있다. 바람직하게는, 상기 적색 필터부의 중심부 두께가 상기 청색 필터부의 중심부 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 상기 녹색 필터부의 중심부 두께는 상기 적색 필터부의 중심부 두께와 같거나 상기 적색 필터부의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
본 명세서에 따른 디스플레이 장치는 적색 파장대의 빛을 제공하는 적색 화소부, 녹색 파장대의 빛을 제공하는 녹색 화소부 및 청색 파장대의 빛을 제공하는 청색 화소부를 포함하는 적어도 하나의 픽셀을 포함하는 어레이 기판; 및 상기 적색 화소부 상에 배치되며, 적색 파장대의 빛과 청색 파장대의 빛을 투과시키고 녹색 파장대의 빛을 흡수하는 제1 재료를 포함하는 적색 필터부와, 상기 녹색 화소부 상에 배치되며, 적색 파장대의 빛과 청색 파장대의 빛을 흡수하고, 녹색 파장대의 빛을 투과시키는 제2 재료를 포함하는 녹색 필터부와, 상기 청색 화소부 상에 배치되며, 상기 제1 재료를 포함하는 청색 필터부를 포함하는 컬러 필터 기판을 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 상기 적색 화소부에는 유기물을 포함하는 적색 발광부가 배치되어 있고, 상기 녹색 화소부에는 유기물을 포함하는 녹색 발광부가 배치되어 있고, 상기 청색 화소부에는 유기물을 포함하는 청색 발광부가 배치될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 명세서는 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 명세서의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 명세서의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 명세서의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 명세서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000, 1100, 1200 : 디스플레이 장치
310: 컬러 필터층
311: 적색 필터부
312 : 녹색 필터부
313 : 청색 필터부

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판의 제1 영역에 배치되며, 적색 파장대의 빛과 상기 청색 파장대의 빛을 투과시키고 녹색 파장대의 빛을 흡수하는 제1 재료를 포함하는 적색 필터부;
    상기 기판의 제2 영역에 배치되며, 적색 파장대의 빛과 청색 파장대의 빛을 흡수하고 녹색 파장대의 빛을 투과시키는 제2 재료를 포함하는 녹색 필터부; 및
    상기 기판의 제3 영역에 배치되며, 상기 제1 재료를 포함하는 청색 필터부를 포함하는, 컬러 필터 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 재료는 퀴나크리돈, 디피로메텐 및 크산텐과 이들의 유도체 중에서 어느 하나 또는 2종 이상을 포함하는, 컬러 필터 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적색 필터부의 중심부 두께와 상기 청색 필터부의 중심부 두께가 상이한, 컬러 필터 기판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적색 필터부의 중심부 두께가 상기 청색 필터부의 중심부 두께보다 더 두꺼운, 컬러 필터 기판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 녹색 필터부의 중심부 두께는 상기 적색 필터부의 중심부 두께와 같거나 상기 적색 필터부의 두께보다 더 두꺼운, 컬러 필터 기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적색 컬러 필터부와 녹색 컬러 필터부가 부분적으로 중첩되거나, 상기 녹색 컬러 필터부와 상기 청색 컬러 필터부가 부분적으로 중첩되는, 컬러 필터 기판.
  7. 적색 파장대의 빛을 제공하는 적색 화소부, 녹색 파장대의 빛을 제공하는 녹색 화소부 및 청색 파장대의 빛을 제공하는 청색 화소부를 포함하는 적어도 하나의 픽셀을 포함하는 어레이 기판;
    상기 어레이 기판 상에 배치되며, 상기 적색 화소부 상에 배치되며, 적색 파장대의 빛과 청색 파장대의 빛을 투과시키고 녹색 파장대의 빛을 흡수하는 제1 재료를 포함하는 적색 필터부와, 상기 녹색 화소부 상에 배치되며, 적색 파장대의 빛과 청색 파장대의 빛을 흡수하고, 녹색 파장대의 빛을 투과시키는 제2 재료를 포함하는 녹색 필터부와, 상기 청색 화소부 상에 배치되며, 상기 제1 재료를 포함하는 청색 필터부를 포함하는 컬러 필터층을 포함하는, 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 재료는 퀴나크리돈, 디피로메텐 및 크산텐과 이들의 유도체 중에서 어느 하나 또는 2종 이상을 포함하는, 디스플레이 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 적색 필터부의 중심부 두께와 상기 청색 필터부의 중심부 두께가 상이한, 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적색 필터부의 중심부 두께가 상기 청색 필터부의 중심부 두께보다 더 두꺼운, 디스플레이 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 적색 화소부에는 유기물을 포함하는 적색 발광부가 배치되어 있고, 상기 녹색 화소부에는 유기물을 포함하는 녹색 발광부가 배치되어 있고, 상기 청색 화소부에는 유기물을 포함하는 청색 발광부가 배치되어 있는, 디스플레이 장치.
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